Topraksız (Hydroponics)

Hidroponik, su bazlı mineral besin çözeltileri kullanılarak topraksız yapay bir ortamda bitkilerin, genellikle mahsullerin veya tıbbi türlerin yetiştirilmesiyle karakterize edilen bir bahçecilik yöntemini ve özel bir hidrokültür biçimini temsil eder. Hem karasal hem de suda yaşayan bitkiler, kökleri doğrudan besin çözeltisine daldırılarak veya perlit, çakıl veya diğer uygun substratlar gibi eylemsiz bir ortamla mekanik olarak desteklenerek yetiştirilebilir.

İnert ortam kullanıldığında bile bitki kökleri rizosferin pH'ını değiştirebilir ve kök sızıntıları, özellikle ikincil metabolitler, rizosfer biyolojisini ve besin çözeltisinin fizyolojik dengesini etkileyebilir. Hidroponik olarak yetiştirilen transgenik bitkiler, kök sızıntıları yoluyla farmasötik proteinlerin hidroponik ortama salgılanmasını kolaylaştırır.

Hidroponik sistemlere sağlanan besinler, balık dışkısı, ördek gübresi, ticari olarak temin edilebilen kimyasal gübreler veya özel olarak formüle edilmiş yapay standart veya hibrit besin çözeltileri gibi çeşitli organik veya inorganik kaynaklardan kaynaklanır.

Geleneksel tarla yetiştiriciliğinden farklı olarak, hidroponik bitkiler genellikle seralarda veya diğer kontrollü ortamlarda, genellikle atıl kullanılarak yetiştirilir. Böylece kontrollü çevre tarımı (CEA) metodolojilerine uyum sağlanıyor. Hidroponik olarak yetiştirilen yaygın türler arasında, bitki bilimi ve genetik araştırmalarda önemli bir model organizma olarak işlev gören Arabidopsis thaliana'nın yanı sıra öncelikli olarak ticari uygulamalar için domates, biber, salatalık, çilek, marul ve esrar bulunur.

Hidroponik, en önemlisi tarımsal su tüketiminde önemli bir azalma olmak üzere çok sayıda fayda sunar. Örneğin, 1 kilogram (2,2 lb) domates yetiştirmek

• Yoğun tarım yöntemleri 214 litre (47 imp gal; 57 U.S. gal) su gerektirir;
• topraksız yetiştirme 70 litre (15 imp gal; 18 ABD galonu) gerektirirken; ve
• Aeroponik teknolojisi bunu daha da azaltarak yalnızca 20 litreye (4,4 imp gal; 5,3 ABD galonu) indirir.

Bitkilerin aynı çevresel koşullar altında yetiştirildiği ve eşdeğer besin maddeleri aldığı varsayıldığında, hidroponik yetiştirme, diğer büyüme substratlarıyla karşılaştırıldığında üstün biyokütle ve protein verimiyle sonuçlanır.

Karasal uygulamaların ötesinde, hidroponik, Dünya yörüngesinde gerçekleştirilen bitki üretim deneylerinde etkinliğini göstermiştir.

Geçmiş

Topraksız karasal bitkilerin yetiştirilmesine ilişkin belgelenmiş ilk araştırma, Francis Bacon'un 1627 tarihli, 'Doğa Tarihi' olarak da bilinen ve ölümünden sonra yayınlanan Sylva Sylvarum adlı eserinde ortaya çıktı. Bacon'un katkıları daha sonra su kültürünü bir araştırma metodolojisi olarak popüler hale getirdi. 1699'da John Woodward, nane içeren su kültürü deneylerini detaylandırdı ve bitkilerin damıtılmış suya kıyasla daha az saf su kaynaklarında daha etkili bir şekilde büyüdüğünü gözlemledi. 1842'ye gelindiğinde bitki büyümesi için hayati önem taşıyan dokuz elementten oluşan bir derleme oluşturuldu. Topraksız yetiştirme tekniklerindeki daha ileri ilerlemeler, Alman botanikçiler Julius von Sachs ve Wilhelm Knop'un 1859 ile 1875 yılları arasındaki keşifleri sayesinde ortaya çıktı. Julius von Sachs, bu gelişmeyi doğrudan şu sözlerle ifade etti: "1860 yılında, kara bitkilerinin besin maddelerini toprağın yardımı olmadan sulu çözeltilerden emebildiklerini ve bu şekilde sadece bitkileri canlı tutmanın değil, aynı zamanda canlı tutmanın da mümkün olduğunu gösteren deneylerin sonuçlarını yayınladım. ve uzun zamandır bilindiği gibi uzun süre büyümek, aynı zamanda organik maddelerinde kuvvetli bir artış sağlamak ve hatta çimlenebilecek tohumların üretimini sağlamak." Karasal bitkilerin mineral besin çözeltileri kullanılarak topraksız yetiştirilmesi, daha sonra "toprak kültürü"nden ayrılarak "çözelti kültürü" olarak adlandırıldı. Bu yöntem, 19. ve 20. yüzyıllar boyunca hızla temel bir araştırma ve pedagojik teknik haline geldi ve çağdaş bitki besleme biliminde yaygın olarak kullanılmaya devam ediyor.

1930'larda bitki beslenme uzmanları belirli bitki hastalıklarını araştırdılar ve tuzluluk veya besin eksikliği gibi mevcut toprak koşullarıyla bağlantılı semptomları gözlemlediler. Sonuç olarak, bu semptomları kontrollü laboratuvar ortamlarında tekrarlamak için su kültürü deneyleri yapıldı. Dennis Robert Hoagland'ın desteklediği bu metodoloji, yeşil alg Nitella gibi yenilikçi model sistemlerin ve modern bitki fizyolojisinde hayati önem taşıyan standartlaştırılmış besin formülasyonlarının geliştirilmesiyle sonuçlandı. 1929'da Berkeley'deki California Üniversitesi'ne bağlı William Frederick Gericke, çözüm kültürü ilkelerinin tarımsal ürün üretimine uygulanması için kamu savunuculuğunu başlattı. Başlangıçta, bu yetiştirme yöntemini "tarım" ile bir benzetme yaparak "su ürünleri yetiştiriciliği" olarak adlandırdı; ancak daha sonra ilgili "su ürünleri yetiştiriciliği" teriminin suda yaşayan organizmaların yetiştirilmesi için zaten kullanıldığını keşfetti. Gericke, arka bahçesinde yüksekliği 7,6 metreye ulaşan domates asmalarını toprak yerine mineral besin solüsyonları kullanarak yetiştirerek büyük ilgi topladı. 1937'de, kapsamlı bir klasik eğitime sahip bir fizyolog olan W. A. ​​Setchell'in önerdiği bir terminoloji olan Hidroponik veya su kültürü terimini tanıttı. "Hidroponik" terimi, Yunanca ύδωρ (su) ve πονέω (yetiştirmek) kelimelerinden türetilen υδρωπονικά neolojizminden kaynaklanmaktadır. Bu yapı, tarımla ilgili olan ve γαία (toprak) ve πονέω (ekmek için) kelimelerinden türetilen ve "toprak" yerine "su" kullanan γεωπονικά veya geoponica ile paralellik gösterir.

İlk başarılarına rağmen Gericke, bitkisel üretim için hidroponiğin yaygın teknik uygulamasının ve ticari uygulanabilirliğinin henüz mümkün olmadığını fark etti. Ayrıca belirli ayrıntıları kamuya duyurmadan önce hidroponik tarımın tüm yönlerinin kapsamlı bir şekilde araştırılmasını ve test edilmesini sağlamaya çalıştı. Gericke'nin araştırmaları ve topraksız tarımın bitki tarımında devrim yaratma potansiyeline ilişkin iddiaları, önemli miktarda soruşturmaya yol açtı. Üniversite yönetiminin şüpheciliği, Gericke'nin deneyleri için seralara erişiminin engellenmesine yol açmıştı. Üniversite daha sonra onu evde geliştirdiği ön besin tariflerini açıklamaya zorlamaya çalıştığında, uygun araştırma altyapısını kullanarak bunları geliştirmek için sera tesisleri ve zaman talep etti. Sonunda kendisine seraya erişim izni verilmesine rağmen üniversite, Hoagland ve Arnon'u, Gericke'nin iddialarını yeniden değerlendirme ve formülünün toprakta yetiştirilen bitkilere göre hiçbir avantaj sağlamadığını gösterme göreviyle görevlendirdi; Hoagland'ın da sürdürdüğü bir bakış açısı. Bu uzlaşmaz çatışmalar nedeniyle Gericke, olumsuz siyasi iklimin ortasında 1937'de akademik görevinden istifa etti ve araştırmalarına kendi serasında bağımsız olarak devam etti. 1940 yılında, katkıları her türlü hidrofonik tarımın temeli olarak kabul edilen Gericke, Topraksız Bahçecilik İçin Tam Kılavuz kitabını yayınladı. Bu yayında, ilk kez, hidrofonik olarak yetiştirilen bitkiler için gerekli olan makro ve mikro besin tuzlarını detaylandıran temel formüllerini sundu.

Gericke'nin iddialarına ilişkin, California Üniversitesi Kaliforniya Tarımsal Deney İstasyonu Direktörü Claude Hutchison tarafından görevlendirilen bir araştırmanın ardından Dennis Hoagland ve Daniel Arnon, 1938'de ufuk açıcı bir tarım bülteni olan Su Kültürü Yöntemi'ni yazdılar. Topraksız Bitki Yetiştirme. Çözelti kültürü literatüründe bir mihenk taşı olarak kabul edilen bu yayın, hidroponik mahsul veriminin, yüksek kaliteli topraklarla elde edilen verimi geçmediğini ileri sürdü. Mahsul verimlerinin sonuçta mineral besinlerin ötesindeki faktörler, özellikle de ışık ve kültür ortamının havalandırılması tarafından sınırlandığı sonucuna vardılar. Bununla birlikte, iki yıl sonra yayınlanan, topraksız ekim üzerine kendi önemli kitabının girişinde Gericke, Hoagland ve Arnon'un kum, toprak ve çözelti kültürlerindeki deneysel bitkilere ilişkin karşılaştırmalı verim verilerinin çeşitli sistemik kusurlar içerdiğini iddia etti ("...bu deneyciler hidrofonik üretim kapasitesini toprağınkiyle sınırlama hatasına düştüler. Karşılaştırma, her durumda yalnızca kültür ortamının verimliliği kadar çok sayıda bitki yetiştirmekle yapılabilir.) destekleyin.").

Örneğin Hoagland ve Arnon araştırması, hidroponiğin geleneksel toprak işlemeye göre ek kritik avantajlarını tam olarak kabul etmedi. Bu faydalar arasında bitki köklerine tutarlı oksijen erişimi ve su ve besin dağıtımı üzerinde hassas kontrol yer alır. Bu hassasiyet çok önemlidir çünkü aşırı ve su altında kalma sık görülen ekim hatalarını temsil eder. Hidroponik, kullanılmayan suyun boşaltılması, yeniden sirküle edilmesi veya aktif olarak havalandırılması yoluyla kök sistemlerini boğmadan bol miktarda su sağlanmasına izin vererek bu sorunları hafifletir ve böylece kök bölgesindeki anoksik koşulları önler. Bunun aksine, toprak işleme, optimum sulama seviyelerini belirlemek için önemli bir uzmanlık gerektirir. Aşırı su, toprak gözeneklerindeki havanın yerini değiştirerek oksijen erişimini engeller ve potansiyel olarak kök çürümesine neden olur; yetersiz su ise bitkide strese veya besin emiliminin bozulmasına yol açarak kloroz veya gübre yanması gibi eksiklik belirtilerine neden olur. Sonuç olarak, Gericke'nin öncü kavramları hidroponiğin ticari tarıma entegrasyonunu kolaylaştırırken, Hoagland'ın üniversite kaynakları tarafından desteklenen bakış açıları, ona ve meslektaşlarına, artık yaygın olarak Hoagland çözümü olarak kabul edilen çeşitli mineral besin çözümleri formüle etme konusunda ilham verdi.

Hidroponiğin ilk zaferi, Pan American Havayolları için yakıt ikmali istasyonu olarak hizmet veren, Pasifik Okyanusu'ndaki kayalık bir atol olan Wake Adası'nda ortaya çıktı. 1930'larda gezginler için sebze yetiştirmek amacıyla burada hidroponik yöntemler kullanıldı. Bu yaklaşım, ekilebilir toprağın bulunmaması ve taze ürünlerin hava yoluyla taşınmasının aşırı masrafı nedeniyle Wake Adası'nda çok önemliydi.

1943 ile 1946 yılları arasında, o zamanlar Birleşik Devletler Ordusu'nda binbaşı olan Daniel I. Arnon, batı Pasifik'teki verimsiz Ponape Adası'nda konuşlanmış birlikleri ayakta tutmak için bitki beslenmesi konusundaki kapsamlı bilgisinden yararlandı. Bunu, ekinleri çakılda ve besin açısından zenginleştirilmiş suda yetiştirerek başardı ve ekilebilir arazilerin kritik eksikliğini giderdi.

1960'larda İngiltere'de Allen Cooper, besin filmi tekniğinin öncülüğünü yaptı. Ardından, 1982'de açılışı yapılan Walt Disney World'ün EPCOT Merkezi'ndeki Kara Pavyonu, çeşitli hidroponik metodolojileri dikkat çekici bir şekilde sergiliyor.

Son yıllarda NASA, Kontrollü Ekolojik Yaşam Destek Sistemi (CELSS) ve Gelişmiş Yaşam Desteği (ALS) girişimlerinin bir parçası olarak önemli hidroponik araştırmalar gerçekleştirdi. Dünya dışı koşulları simüle eden gelecekteki hidroponik araştırmaları, Alçak Dünya Yörüngesindeki mikro yerçekimi, Ay'daki altıda bir yerçekimi ve Mars'taki üçte bir yerçekimi gibi değişen yerçekimi ortamları üzerinde daha fazla araştırma yapılmasını gerektirecektir. Kennedy Uzay Merkezi Uzay Yaşam Bilimi Laboratuvarı'nda bitki fizyoloğu olan Ray Wheeler, hidroponik tekniğinin uzun uzay görevleri için gerekli olan su ve besin geri dönüşümünü kolaylaştıracağını ve bitkilerin oksijen ve yiyecek üretirken aynı zamanda karbondioksiti tuttuğu biyorejeneratif yaşam destek sistemlerinin geliştirilmesini kolaylaştıracağını öne sürüyor.

2017 yılına gelindiğinde Kanada, başta domates, biber ve biber yetiştirmek olmak üzere büyük ölçekli ticari hidroponik seralara ayrılmış yüzlerce dönümlük alanı işletiyordu. salatalık.

Sektördeki teknolojik ilerleme ve çeşitli ekonomik etkenlerin etkisiyle, küresel hidroponik pazarının önemli ölçüde büyüyerek 2016'da 226,45 milyon ABD dolarından 2023'e kadar tahmini 724,87 milyon ABD dolarına ulaşması bekleniyor.

Teknikler

Hidroponik sistemler genellikle iki ana sulama türüne ayrılır: Besleyici çözeltiyi alttan vererek köklerin nemi yukarı doğru emmesine olanak tanıyan alt sulama sistemleri (ör. derin su kültürü, gel-git) ve besin çözeltisinin damlama yayıcılar veya püskürtücüler aracılığıyla yukarıdan uygulandığı üstten sulama sistemleri (ör. besin filmi tekniği, aeroponik). Bu tekniklerin genel amacı bitki köklerine su, besin ve oksijen sağlanmasını eş zamanlı olarak optimize etmektir. Hidroponik rezervuarların çoğu şu anda plastikten yapılmış olsa da, tarihi ve alternatif malzemeler arasında beton, cam, metal, sıkıştırılmış bitkisel katılar ve ahşap yer alıyor. En önemlisi, bu kapların hidroponik ortamda alg ve mantarların çoğalmasını önlemek için opak olması gerekir.

Statik çözüm kültürü

Statik çözelti kültürü, cam Mason kavanozları (ev ortamlarında yaygındır), saksılar, kovalar, küvetler veya daha büyük tanklar gibi kaplar kullanılarak, besin çözeltisiyle doldurulmuş kaplar içinde bitki yetiştirmeyi içerir. Tipik olarak çözelti hafif bir havalandırmaya tabi tutulur, ancak havalandırılmayan konfigürasyonlar da kullanılır. Havalandırılmayan sistemlerde, köklerin bir kısmının sıvının üzerinde kalmasını sağlayacak şekilde çözelti seviyesi yeterince düşük tutulur ve böylece yeterli oksijen alımı kolaylaştırılır. Her bitki için rezervuarın üst yüzeyinde bir açıklık oluşturulur (kesilir veya delinir). Kavanoz veya küvetler için mevcut kapak uyarlanabilir; aksi takdirde karton, folyo, kağıt, ahşap, metal gibi malzemeler kapak görevi görebilir. Rezervuarlar tek bir tesisi veya birden fazla tesisi barındıracak şekilde yapılandırılabilir. Rezervuarın boyutları bitki büyümesine bağlı olarak kademeli olarak genişletilebilir. Kendin Yap sistemleri, başka amaçlara yönelik gıda kaplarından veya cam konserve kavanozlarından üretilebilir. Havalandırma, bir akvaryum pompası, hava yolu borusu ve valfler aracılığıyla veya hatta doğal olarak kabın iç kısmında oluşan yeşil alglerden oluşan fotosentetik bir biyofilm yoluyla sağlanabilir. Negatif fototropizmi azaltmak için şeffaf kaplar alüminyum folyo, kasap kağıdı, siyah plastik veya benzeri opak kaplamalar gibi malzemelerle korunmalıdır. Besleyici çözeltinin, ya önceden belirlenmiş bir programa göre (örneğin, haftalık) ya da konsantrasyonu, bir elektrik iletkenlik ölçer tarafından ölçüldüğü gibi, belirli bir eşiğin altına düştüğünde periyodik olarak değiştirilmesi gerekir. Solüsyon hacmi kritik bir noktanın altına düşerse, su veya taze besin solüsyonu ile yenileme yapılır. Solüsyon seviyesinin otomatik bakımı, Mariotte şişesi veya şamandıra valfi kullanılarak sağlanabilir. Sal çözelti kültürünün bir çeşidi, bitkilerin besin çözeltisinin yüzeyinde yüzen, yüzen plastik bir tabaka içinde asılı kalmasını sağlayarak köklerin sürekli olarak suya batmasını sağlar.

Sürekli Akış Çözümü Kültürü

Sürekli akışlı çözelti kültüründe, besin çözeltisi bitki kökleri üzerinde sürekli olarak dolaştırılır. Bu yöntem, sıcaklık, pH ve besin konsantrasyonu ayarlamalarının, potansiyel olarak binlerce tesise hizmet veren büyük bir depolama tankında merkezi olarak yönetilebilmesi nedeniyle, statik çözelti kültürüne kıyasla otomasyonda önemli avantajlar sunar. Göze çarpan bir varyant, bitki büyümesi için gerekli tüm çözünmüş besinlerle yüklü, çok sığ bir su akışının, üst kök yüzeyinin havaya açık kaldığı su geçirmez bir kanal içindeki çıplak bir kök matı üzerinde yeniden sirkülasyonu ile karakterize edilen Besin Film Tekniğidir (NFT). Bu konfigürasyon bitki köklerine bol miktarda oksijen sağlanmasını sağlar. Optimum NFT sistemi tasarımı, kanal eğimi, akış hızı ve kanal uzunluğu üzerinde hassas kontrole dayanır. NFT'yi diğer hidroponik yöntemlerden ayıran birincil faydası, bitki köklerine su, oksijen ve besinlere eşzamanlı ve yeterli erişim sağlama kapasitesidir. Bunun tersine, diğer yetiştirme sistemlerinin çoğu, bu kritik gereksinimleri dengelemede zorluklarla karşılaşmaktadır; çünkü birindeki fazlalık veya eksiklik çoğu zaman diğerlerinde dengesizliğe yol açmaktadır. NFT'nin kendine özgü tasarımı, temel ilkelerine tutarlı bağlılığa bağlı olarak, güçlü bitki büyümesi için üç ön koşulun eş zamanlı olarak yerine getirilmesini kolaylaştırır. Bu avantajlar toplu olarak, uzatılmış kırpma döngüleri boyunca üstün kaliteli ürünün daha yüksek verimine katkıda bulunur. NFT'nin dikkate değer bir dezavantajı, elektrik kesintilerinin neden olduğu akış kesintilerine karşı sınırlı tamponlama kapasitesidir. Yine de en verimli hidrofonik tekniklerden biri olmaya devam ediyor.

Tutarlı tasarım parametreleri, tüm geleneksel Besin Film Tekniği (NFT) sistemleri için temel öneme sahiptir. Her ne kadar teorik olarak 1:100'lük kanal eğimleri önerilmiş olsa da, pratik uygulamada, lokalize çöküntülerde besin filmi göllenmesini önlemek için yeterli seviyede bir kanal tabanının oluşturulmasında sıklıkla zorluklarla karşılaşılmaktadır. Sonuç olarak, genellikle 1:30 ile 1:40 arasında değişen eğimler tavsiye edilir. Bu daha dik eğimler küçük yüzey düzensizliklerini barındırsa da, göllenme ve su basması durumları yine de ortaya çıkabilir. Gerekli kanal eğimi, zeminin kendisi tarafından veya kanalları istenilen açıda desteklemek üzere tasarlanmış banklar veya raflar kullanılarak sağlanabilir. Bu yöntemler arasındaki seçim, çoğunlukla belirli saha özellikleri ve ürün yetiştirme talepleri tarafından belirlenen yerel koşullara bağlıdır.

Besleyici film tekniği (NFT) sistemlerinde, kök filmine yeterli besin iletimini sağlamak için optimum akış hızları tipik olarak oluk başına yaklaşık 1 L/dakikada tutulur. İlk ekim aşamalarında, belirlenen üst sınır 2 L/dk olmak üzere bu oranın yarısı kullanılabilir. Önerilen bu akış hızlarından sapmalar sıklıkla beslenme yetersizliklerine yol açar. Ayrıca, 12 metreyi aşan kanal uzunlukları, birçok üründe azalan büyüme oranlarıyla ilişkilendirilmiştir. Hızlı büyüyen mahsuller üzerinde yapılan araştırmalar, oksijen seviyeleri yeterli kalırken, nitrojenin uzun oluk uzunluklarında tükenebileceğini göstermektedir. Sonuç olarak kanal uzunlukları ideal olarak 10-15 metreyi geçmemelidir. Daha uzun kanallar kaçınılmazsa, oluğun ortasına ilave besin maddesi eklenerek ve her çıkıştan gelen akış hızları yarıya indirilerek büyüme azalmaları azaltılabilir.

Aeroponik

Aeroponik, bitki köklerinin sürekli veya aralıklı olarak ince besin çözeltisi damlacıkları (sis veya aerosol) ile doyurulmuş bir ortama maruz bırakıldığı bir yetiştirme yöntemidir. Bu substratsız teknik, bitki köklerinin derin bir hava veya büyüme odası içinde askıya alınmasını ve burada periyodik olarak atomize edilmiş bir besin sisi ile nemlendirilmesini içerir. Aeroponiğin birincil faydası, kök sistemine sağlanan üstün havalandırmadır.

Aeroponik teknikler, bitki çoğaltma, tohum çimlenmesi, tohumluk patates üretimi, domates yetiştiriciliği, yaprak bitkileri ve mikro yeşillikler dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda ticari olarak uygulanabilirliğini göstermiştir. 1983 yılında mucit Richard Stoner tarafından ticarileştirilmesinin ardından aeroponik, su yoğun hidrofonik sistemlere alternatif olarak dünya çapında benimsenmiştir. Hidroponiğin önemli bir kısıtlaması, havalandırıcıların kullanılıp kullanılmadığına bakılmaksızın 1 kilogram (2,2 lb) suyun yalnızca 8 miligram (0,12 gr) çözünmüş havayı tutabilmesidir.

Aeroponik mikro-ortam üzerinde elde edilebilen hassas kontrol sayesinde her türlü bitki türünü yetiştirme kapasitesidir. Tersine, hidroponiğin bir sınırlaması, belirli bitki türlerinin su basmasına karşı duyarlılığıdır ve bu da onların suda hayatta kalma sürelerini kısıtlar. Aeroponik sistemlerde, asılı bitkiler kök bölgelerinde, gövdelerinde ve yapraklarında mevcut oksijen ve karbondioksite %100 erişimden yararlanır, bu da biyokütle büyümesini hızlandırır ve köklenme sürelerini kısaltır. NASA tarafından yürütülen araştırmalar, hidroponik olarak yetiştirilenlerle karşılaştırıldığında, aeroponik olarak yetiştirilen bitkiler için kuru ağırlık biyokütlesinde (temel mineraller) %80'lik bir artış olduğunu göstermektedir. Ayrıca aeroponik, hidroponiğe göre %65 daha az su tüketiyor ve NASA, aeroponik olarak yetiştirilen bitkilerin besin girdisinin yalnızca dörtte birine ihtiyaç duyduğu sonucuna vardı. Hidroponik olarak yetiştirilen bitkilerden farklı olarak, aeroponik olarak yetiştirilen bitkiler toprağa aktarıldığında nakil şoku yaşamaz ve bu yöntem aynı zamanda yetiştiricilere hastalıkların ve patojenlerin yayılmasını azaltacak bir araç sağlar.

Aeroponik, bitki fizyolojisi ve patolojisine ilişkin laboratuvar araştırmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. NASA, sıfır yerçekimi koşullarında bir sıvının üzerindeki buğuyu yönetmenin karşılaştırmalı kolaylığı nedeniyle özellikle aeroponik tekniklere odaklandı.

Fogponics

Fogponik, besin çözeltisinin ultrasonik frekanslarda titreşen bir diyafram vasıtasıyla aerosol haline getirildiği bir aeroponik çeşidini temsil eder. Ortaya çıkan çözelti damlacıklarının çapı tipik olarak 5-10 µm arasında değişir; bu, geleneksel aeroponikte olduğu gibi, besin çözeltisinin basınçlı ağızlıklar yoluyla zorlanmasıyla üretilenlerden önemli ölçüde daha küçüktür. Bu azaltılmış damlacık boyutu, havada daha kolay yayılmayı kolaylaştırır ve oksijen erişimini engellemeden besinlerin köklere iletilmesine olanak tanır.

Pasif Alt Sulama

Alternatif olarak pasif hidroponik, yarı hidroponik veya hidrokültür olarak da adlandırılan pasif alt sulama, bitkilerin hareketsiz gözenekli bir ortamda yetiştirildiği bir yetiştirme tekniğidir. Bu ortam, gerektiğinde ayrı bir rezervuardan kılcal etki yoluyla suyun ve gübrenin köklere taşınmasını kolaylaştırır. Bu yaklaşım emeği en aza indirir ve kök sistemine sürekli su temini sağlar. En basit uygulama, bitki saksısını sığ bir gübre ve su çözeltisine veya besin çözeltisiyle doyurulmuş kılcal bir mat üzerine yerleştirmeyi içerir. Genişletilmiş kil ve hindistancevizi kabuğu gibi mevcut hidroponik ortamlar, geleneksel saksı karışımlarına kıyasla daha fazla hava alanı sunar ve böylece köklere oksijen dağıtımını artırır. Bu artan oksijenlenme, kökleri doğal olarak havaya maruz kalan orkideler ve bromeliadlar da dahil olmak üzere epifitik bitkiler için özellikle önemlidir. Pasif hidrofonik yöntemin bir diğer faydası da kök çürüklüğünün azalmasıdır.

Ebb ve akış (taşkın ve drenaj) alt sulama

Bu yöntem, en temel konfigürasyonunda, besin bakımından zenginleştirilmiş suyun genişletilmiş kil agregası gibi bir yetiştirme ortamı kullanılarak bitki kaplarına periyodik olarak verilmesini içerir. Zamanlayıcı kontrollü bir pompa, bu kapların besin çözeltisiyle periyodik olarak doldurulmasını kolaylaştırır ve bu daha sonra bir rezervuara geri akar. Bu işlem, ortamın hem besinler hem de oksijenle tutarlı bir şekilde sulanmasını sağlar.

Atık olarak çalıştır

Atık atık sistemi, bir besin ve su çözeltisinin doğrudan yetiştirme ortamının yüzeyine aralıklı olarak uygulanmasını içerir. 1946'da Bengal'de ortaya çıkan bu teknik, bazen "Bengal Sistemi" olarak da anılır.

Bu metodoloji çeşitli konfigürasyonlarda uygulanabilir. En basit biçiminde, bir besin ve su çözeltisi, taşyünü, perlit, vermikülit, hindistan cevizi lifi veya kum gibi inert bir yetiştirme ortamıyla doldurulmuş bir kaba günde bir veya daha fazla kez manuel olarak uygulanır. Daha karmaşık bir yineleme, besin çözeltisini sağlamak için bir dağıtım pompası, bir zamanlayıcı ve sulama hortumu kullanarak bu süreci otomatikleştirir. Teslimat sıklığı, bitki boyutu, büyüme aşaması, iklim, substrat türü ve substratın iletkenliği, pH ve su içeriği gibi kritik parametrelerle belirlenir.

Ticari tarım ortamlarında sulama sıklığı, bilgisayar sistemleri veya programlanabilir mantık denetleyicileri (PLC'ler) tarafından yönetilen çok faktörlü bir karardır.

Domates, salatalık ve biber gibi büyük bitkilerin ticari hidroponik yetiştiriciliğinde genellikle çeşitli atık toplama biçimleri kullanılır. hidroponik.

Derin su kültürü

Derin su kültürü (DWC), bitki köklerinin sürekli olarak yüksek düzeyde oksijenli, besin açısından zengin sulu bir çözeltiye batırıldığı hidrofonik bir yetiştirme tekniğidir. Geleneksel uygulamalarda tipik olarak plastik kovalar veya büyük rezervuarlar kullanılır; bitkiler kapaktan asılı ağ saksılara sabitlenir ve köklerinin besin çözeltisine kadar uzanmasına izin verilir. Gözenekli hava taşlarıyla birleştirilmiş bir hava pompası, çözeltiyi oksijenle doyurur. Köklerdeki bu yüksek oksijen mevcudiyeti, bitki büyümesini önemli ölçüde hızlandırır. Kratky Yöntemi'nin bir çeşidi, DWC ile benzerlikler taşıyor ancak dolaşımda olmayan bir su deposu kullanıyor.

Üstten beslenen derin su kültürü

Üstten beslemeli derin su kültürü, yüksek oranda oksijen içeren besin solüsyonunu doğrudan bitkilerin kök bölgesine ileten bir tekniktir. Geleneksel derin su kültürü, bitki köklerinin bir besin çözeltisi deposuna asılmasını içerirken, üstten beslemeli derin su kültüründe çözelti, bir üstten besleme mekanizması oluşturarak hazneden yukarıya doğru köklere pompalanır. Su daha sonra bitkinin kökleri üzerinden salınır ve aşağıdaki rezervuara geri dönerek sürekli bir sistem oluşturur. Standart derin su kültürüne benzer şekilde, rezervuar içindeki bir hava taşı, bir hortum aracılığıyla harici bir hava pompasına bağlanır ve suya sürekli olarak oksijen verir. Hem hava taşı hem de su pompası günün 24 saati sürekli olarak çalışır.

Geleneksel derin su kültürüyle karşılaştırıldığında üstten beslemeli derin su kültürünün temel faydası, ekimin ilk haftalarında gözlemlenen hızlı başlangıç ​​büyümesidir. Standart DWC'de köklerin besin çözeltisine tamamen yayılmasından önce bir süre vardır. Tersine, üstten beslenen DWC, başlangıçtan itibaren kökler için suya anında erişim sağlayarak rezervuara doğru önemli ölçüde daha hızlı kök gelişimini teşvik eder. Kök sistemi ana rezervuar içinde yerleştiğinde üstten beslemeli DWC'nin karşılaştırmalı avantajı azalır. Bununla birlikte, başlangıçtaki bu hızlı büyüme aşaması, genel yetiştirme döngüsünü etkili bir şekilde birkaç hafta kısaltabilir.

Avantajlar

• Alan optimizasyonu: Dikey tarım ve gelişmiş kontrol teknolojileri, kapalı alanların kullanımını en üst düzeye çıkarır.
• Kaynak yönetimi: Besin solüsyonlarının geri dönüşümü, su ve gübre tüketiminin azalmasına yol açar.
• Hassas türlerin korunması: Kontrollü çevre koşulları, bitkileri aşırı iklim değişikliklerinden, zararlılardan ve hastalıklardan korur.

Hidrozonlar kentsel tarımdaki yeniliklerin, çevre yönetiminin ve biyolojik çeşitliliğin korunması girişimlerinin bir birleşimini temsil eder. Dikkate değer uygulamalar arasında özel botanik bahçeleri, nesli tükenmekte olan endemik türlere yönelik yetiştirme tesisleri ve ev ortamlarındaki gelişmiş bahçecilik kurulumları yer alır.

Döner

Döner bir hidroponik bahçe, ekili bitkilerin tüm büyüme döngüsü boyunca sürekli olarak dönen dairesel bir çerçeve içinde tasarlanmış ticari bir hidroponik sistem oluşturur.

Belirli sistem konfigürasyonları farklılık gösterse de bu sistemler genellikle saatte bir dönüşü tamamlayarak her tesisin 24 saatlik bir döngü boyunca dairesel kurulumda 24 tam devir gerçekleştirmesini sağlar. Genellikle mekanize bir zamanlayıcıyla düzenlenen yüksek yoğunluklu bir büyüme ışığı, doğal güneş ışığını taklit etmek için tipik olarak her döner hidrofonik bahçenin merkezine yerleştirilir.

Günlük olarak, bitkiler döndükçe, güçlü bir gelişim için tüm gerekli besinleri sağlayan özel bir hidroponik çözümle periyodik sulama alırlar. Bitkilerin yaşadığı sabit yerçekimi direnci, toprakta veya geleneksel hidroponik sistemlerde ekime kıyasla tipik olarak olgunlaşmalarını önemli ölçüde hızlandırır. Ayrıca, döner hidroponik sistemlerin kompakt tasarımı, diğer geleneksel hidroponik yaklaşımlara göre birim taban alanı başına daha yüksek bitki materyali yoğunluğu sağlar.

Döner hidroponik sistemler, öncelikle deneysel durumları ve bunların edinimi, kurulumu, işletimi ve devam eden bakımı ile ilgili önemli masraflar nedeniyle çoğu bağlamda genellikle önerilmez.

Dikey çiftçilik

Dikey çiftçiliğin temel avantajları arasında bitkileri kapalı alanda yetiştirme, onları üst üste katmanlar halinde düzenleme ve hidroponik gibi topraksız yetiştirme yöntemlerinden yararlanma becerisi yer alır.

Çevresel faydalar

Topraksız tarım, geleneksel tarıma göre çeşitli çevresel avantajlar sunar; özellikle su tüketiminde önemli bir azalma ve hassas besin yönetimi. Topraksız sistemler, geleneksel tarıma kıyasla su kullanımında %90'a kadar azalma sağlayabilir. Dahası, suyun ve besinlerin kontrollü bir hidroponik ortamda yeniden sirkülasyonu, yüzey akışını ve kirleticilerin yakındaki su ekosistemlerine salınmasını önler.

Kapalı alanda veya serada ürün yetiştirmek için hidroponik kullanmak, arazi kullanımını en aza indirir ve böylece ekilebilir toprak ve araziyi alternatif uygulamalar için korur. Dahası, hidrofonik tarımın doğasında bulunan kontrollü çevre, pestisitlere ve diğer kimyasal işlemlere olan ihtiyacı azaltır. Bu azalma, geleneksel tarımda topraktan kaynaklanan zararlıların ve hastalıkların yaygınlığından kaynaklanıyor ve bu durum, hidroponik tekniğin alternatif alt katmanlara bağımlı olması ve toprağın ortadan kaldırılmasıyla hafifletiliyor.

Alanı verimli kullanan dikey hidroponik sistemlerin uygulanması, kentsel ortamlarda mahsul ekimini de kolaylaştırıyor. Bununla birlikte, bu sistemler öncelikle su filtreleme ve yapay aydınlatma gereklilikleri nedeniyle enerji yoğun olabilir. Sonuç olarak, hidrofonik bir çiftliğin karbon ayak izi değişkendir ve enerji kaynağı, bölgesel iklim ve operasyonel ölçek gibi faktörlerden etkilenir. Güneş panelleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu, hidrofonik çiftliklerin sürdürülebilirliğini artırma potansiyeli sunuyor.

Kaynak kullanımı

Hidroponik sistemler, suyu yeniden sirküle etme kapasiteleri nedeniyle geleneksel tarıma göre daha az su tüketir, toprak tarafından emilimi veya buharlaşma yoluyla kaybı önler. Ayrıca besinler doğrudan ve verimli bir şekilde bitki köklerine iletilir, böylece besin israfı en aza indirilir ve mahsulün gübreleme maliyetleri azalır.

Artan verimler ve hızlandırılmış büyüme

Bitkilerin kontrollü bir ortamda optimize edilmiş su, besin ve ışık koşullarını aldığı göz önüne alındığında, hidroponik, mahsulün hızlandırılmış büyümesini ve eşdeğer veya azaltılmış alansal ayak izi içerisinde potansiyel olarak daha yüksek verimi kolaylaştırır. Araştırmalar, geleneksel tarım uygulamalarıyla karşılaştırıldığında ürün veriminde %20-30 oranında potansiyel artış olduğunu gösteriyor.

Yıl boyu kesintisiz üretim

Hidroponik mahsuller, kontrollü çevresel koşullar altında iç mekanlarda yetiştirildiğinden, büyümeleri belirli büyüme mevsimlerinden veya iklim değişikliklerinden bağımsızdır. Ayrıca kuraklık ve dondurucu soğuklar gibi aşırı hava olaylarının bu mahsuller üzerindeki etkisi azalmıştır. Üretimdeki bu doğal istikrar, hidroponiğin geleneksel tarım yöntemlerine göre yıl boyunca daha tutarlı mahsul verimi elde etmesini sağlar.

Zararlı ve hastalık yönetimi

Hidroponikte kök gelişimi için toprak yerine substratların kullanılması, toprak kaynaklı hastalıkları ve zararlıları etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Bu, sonuç olarak kimyasal pestisitlere olan bağımlılığı azaltır ve genel mahsul bakım harcamalarını azaltır.

Kentsel mahsul ekimi

Hidroponik bahçeler, ekilebilir alanların sınırlı olduğu veya bulunmadığı kentsel ortamlarda kurulabilir. Bu kurulumlar çatılara, depoların içine veya diğer uygun alanlara yerleştirilebilir. Bu yakınlık, kentsel toplulukların yerel olarak yetiştirilen ürünlere erişmesine olanak tanıyarak, daha doğrudan teslimatı kolaylaştırıyor ve tüketicilere daha taze ürünler sunuyor.

Substrates (büyüyen destek malzemeleri)

Çeşitli yetiştirme ortamlarının uygunluğu, kullanılan spesifik yetiştirme tekniğine bağlıdır.

Taş yünü

Mineral yün olarak da bilinen taş yünü, hidrofonik tarımda kullanılan baskın büyüme ortamını oluşturur. Bu inert substrat hem atık hem de devridaimli hidrofonik sistemler için uygundur. Üretimi, bazalt veya cüruf gibi erimiş kayaların tek filamentli lif demetleri halinde döndürülmesini içerir; bunlar daha sonra kılcal etki ve genel mikrobiyolojik bozulmaya karşı doğal direnç sergileyen bir ortam oluşturmak üzere bağlanır. Taş yünü öncelikle fide aşamasında veya yeni çoğaltılan klonlar için kullanılsa da, bir bitkiyi tüm yaşam döngüsü boyunca destekleyebilir. Malzeme, yaklaşık 1000 örnekten 1'inde rapor edilen, özellikle kullanım sırasında mekanik cilt tahrişi potansiyeli gibi bazı dezavantajların yanı sıra çeşitli faydalar da sunmaktadır. Bu tür tahriş tipik olarak soğuk suyla durulanarak hafifletilir. Temel avantajlar, ticari bir hidrofonik substrat olarak kanıtlanmış verimliliğini ve etkinliğini kapsar. Ayrıca, şu anda mevcut olan kaya yünü ürünlerinin çoğunluğu, Avrupa Birliği'nin Sınıflandırma, Paketleme ve Etiketleme Yönetmeliğinin (CLP) Not Q'suna uygun olarak tehlikesiz ve kanserojen olmayan olarak sınıflandırılmıştır.

Mineral yün ürünleri, önemli miktarda su ve havayı tutarak topraksız sistemlerde kök gelişimini ve besin asimilasyonunu optimize edecek şekilde tasarlanmıştır. Ek olarak, lifli bileşimleri sağlam bir mekanik yapı kazandırarak bitki stabilitesini sağlar. Bununla birlikte, mineral yünün doğası gereği yüksek pH'ı, bitki büyümesine olanak sağlayan stabil ve uygun bir pH seviyesine ulaşmak için bir başlangıç koşullandırma sürecini gerektirir.

Genişletilmiş Kil Agregası

Pişmiş kil topakları, sulu çözeltideki besin konsantrasyonları üzerinde hassas kontrolün sağlandığı hidrofonik sistemler için çok uygundur. Bu peletler, hareketsizlikleri, pH nötrlüğü ve içsel besin içeriğinin bulunmaması ile karakterize edilir.

İmalat süreci, kilin küresel peletler halinde şekillendirilmesini içerir ve bunlar daha sonra yaklaşık 1.200 °C'de (2.190 °F) döner fırınlarda pişirilir. Bu yüksek sıcaklıktaki işlem, patlamış mısıra benzer şekilde genleşmeyi tetikleyerek peletleri gözenekli, hafif ve zaman içinde sıkışmaya karşı dirençli hale getirir. Bireysel peletlerin morfolojisi, belirli marka ve üretim metodolojisine bağlı olarak düzensizden tekdüzeye kadar değişebilir. Üreticiler genişletilmiş kilin ekolojik olarak sürdürülebilir ve yeniden kullanılabilir bir yetiştirme ortamı olduğunu savunuyor ve genellikle beyaz sirke, klorlu ağartıcı veya hidrojen peroksit (H
§67§O
§1516§), ardından iyice durulama yapılır.

Tersine, bazı bakış açıları, ortamın iç yapısına kök nüfuz etme potansiyeli nedeniyle kil çakıllarının temizlendikten sonra bile ideal olarak yeniden kullanılmaması gerektiğini öne sürer. Kırık kil çakıl taşının kullanım sonrası incelenmesi genellikle bu tür iç kök büyümesinin varlığını doğrulayabilir.

Büyüme Taşları

Geri dönüştürülmüş cam atıklarından üretilen yetiştirme taşları, hem perlit hem de turbaya kıyasla üstün hava ve su tutma kapasitesi sergiliyor. Bu agrega aynı zamanda su tutma kabiliyeti açısından da yarı haşlanmış pirinç kabuklarını geride bırakıyor. Growstone'lar hacim olarak %0,5 ila %5 kalsiyum karbonat içerir; örneğin standart 5,1 kg'lık bir torba bu bileşiğin 25,8 ila 258 gramını içerir. Geri kalan malzeme esas olarak soda-kireç camından oluşur.

Hindistan Cevizi Hindistan Cevizi

Hindistan cevizi hindistan cevizi lifi, aynı zamanda hindistancevizi turbası olarak da anılır, hindistan cevizinin işlenmesi sırasında oluşan doğal bir yan üründür. Hindistan cevizinin dış kabuğu, paspaslardan fırçalara kadar çeşitli ürünlerin imalatında yaygın olarak kullanılan lifleri verir. Bu uzun liflerin çıkarılmasının ardından kalan toz ve daha kısa lifler bir araya getirilerek hindistan cevizi lifi oluşturulur. Hindistancevizlerinin büyümeleri sırasında önemli düzeyde besin biriktirdiği göz önüne alındığında, hindistancevizinin uygun bir büyüme ortamı haline gelmesi için bir olgunlaşma süreci gerekir. Bu olgunlaşma, tuzları, tanenleri ve fenolik bileşikleri ortadan kaldırmak için yoğun suyla yıkamayı içerir. Bu sürecin dikkate değer bir çevresel sonucu, kirli atık suyun oluşmasıdır ve tahmini olarak metreküp lif başına 300 ila 600 litre suya ihtiyaç vardır. Ayrıca, bu olgunlaşma altı aya kadar uzayabilmektedir ve belirli bir çalışma, ilgili çalışma koşullarının tehlikeli olduğunu ve Kuzey Amerika ve Avrupa'daki iş kanunlarına aykırı olduğunu göstermiştir. Kaynak talepleri, potansiyel sağlık riskleri ve çevresel etkiler de dahil olmak üzere bu zorluklara rağmen, hindistan cevizi lifi dikkate değer maddi özelliklere sahiptir. Hidrasyon üzerine bu kahverengi, kuru, tıknaz ve lifli malzeme önemli ölçüde genişler ve çoğu zaman başlangıç ​​hacminin üç ila dört katına ulaşır. Bu genişleme, mükemmel su tutma kapasitesi ve zararlılara ve hastalıklara karşı doğal direnciyle birleştiğinde, hindistan cevizi lifini etkili bir büyüme ortamı haline getirir. Sonuç olarak, bitki yetiştiriciliği için optimize edilmiş koşullar sağlayarak taş yününe uygun bir alternatif görevi görür.

Pirinç Kabuğu

Yarı haşlanmış pirinç kabuğu (PBH), sınırlı alternatif uygulamalara sahip bir tarımsal yan ürünü temsil eder. Bu kabuklar zamanla doğal olarak ayrışır, etkili drenajı kolaylaştırır ve yetiştirme taşlarına kıyasla daha düşük su tutma kapasitesi sergiler. Araştırmalar, pirinç kabuğunun bitki büyüme düzenleyicilerinin etkinliğini olumsuz yönde etkilemediğini gösteriyor.

Perlit

Perlit, aşırı ısınmaya maruz kalan volkanik bir kayadır ve onu olağanüstü hafif genişletilmiş cam çakıl taşlarına dönüştürür. Gevşek olarak veya suya batırılmış plastik kılıfların içinde tutularak kullanılabilir. Ek olarak, toprak yoğunluğunu azaltmak için saksı toprağı karışımlarına perlit eklenir. Bununla birlikte, bazı bitki türlerine zarar verebilecek önemli miktarda flor içerir. Perlit, vermikülit ile aynı özellikleri ve uygulamaları paylaşır ancak genel olarak üstün havalandırma, daha düşük su tutma özelliği sunar ve kaldırma kuvveti sergiler.

Vermikülit

Perlite benzer şekilde vermikülit de aşırı ısınmaya maruz kalan ve bunun sonucunda hafif çakıl taşlarına dönüşen bir mineraldir. Vermikülit, perlitten daha yüksek su tutma özelliğine sahiptir ve pasif bir hidrofonik sistem içinde suyun ve besinlerin taşınmasını kolaylaştıran doğal bir "emme" kapasitesine sahiptir. Bitki köklerinin aşırı suya ve yetersiz havalandırmaya maruz kalması durumunda, ortamın su tutma kapasitesi artan oranda perlit katılarak kademeli olarak azaltılabilir.

Ponza taşı

Perlitle karşılaştırılabilecek pomza, madencilik yoluyla çıkarılan hafif, doğal olarak oluşan bir volkanik kayadır ve aynı zamanda hidrofonik sistemlerde de kullanılır.

Kum

Kum ekonomik ve geniş çapta erişilebilir bir alt tabakadır. Bununla birlikte, hatırı sayılır ağırlığı, zayıf su tutma özelliği ve uygulamalar arasında sterilizasyon gerekliliği dikkate değer dezavantajlara sahiptir.

Çakıl

Akvaryumlarda kullanılana benzer çakıl veya herhangi bir küçük, önceden yıkanmış çakıl, hidrofonik bir ortam olarak kullanılabilir. Suyun elektrikli güç pompaları tarafından sirküle edildiği geleneksel bir çakıl filtre yatağında yetiştirilen bitkiler, esasen çakıl hidroponiği veya "beslenme" olarak bilinen bir yöntem kullanılarak yetiştirilir. Gravel, düşük maliyet, temizleme kolaylığı, mükemmel drenaj ve su basmasına karşı direnç gibi avantajlar sunar. Bunun tersine, önemli ağırlığı ve sürekli su temini sağlanmadığı takdirde bitki köklerinin kuruması potansiyeli dikkate alınması gereken önemli hususlardır.

Ahşap Lifi

Ahşabın buharla sürtünme işlemiyle üretilen ahşap lifi, hidrofonik tarım için etkili bir organik alt tabaka oluşturur. Önemli bir avantaj, uzun süreli yapısal stabilitesidir. Tarihsel olarak, hidroponik araştırmaların yeni ortaya çıkan aşamalarında odun yünü veya odun şeritleri kullanılmıştır. Bununla birlikte, çağdaş araştırmalar ağaç lifinin bitki büyüme düzenleyicileri üzerinde olumsuz etkiler yaratabileceğini göstermektedir.

Koyun Yünü

Koyun kırkmasından elde edilen yün, yeterince kullanılmayan ancak gelecek vaat eden yenilenebilir bir yetiştirme ortamını temsil ediyor. Salatalık yetiştiriciliği için yünü turba dilimleri, hindistancevizi lifi levhaları, perlit ve taşyünü levhalarıyla karşılaştıran karşılaştırmalı bir çalışma, koyun yününün başlangıçta %70'lik üstün bir hava kapasitesine sahip olduğunu ve daha sonra kullanımla birlikte %43'te sabitlendiğini ortaya çıkardı. Uygulama esnasında eş zamanlı olarak su kapasitesi %23'ten %44'e çıkmıştır. Koyun yününün kullanılması, test edilen substratlar arasında en yüksek üretkenliği sağladı ve hümik asit, laktik asit ve *Bacillus subtilis* içeren bir biyostimülatörün dahil edilmesi, değerlendirilen tüm ortamlarda verimi tutarlı bir şekilde artırdı.

Tuğla Parçaları

Tuğla parçaları çakılla karşılaştırılabilecek özellikler sergiliyor. Ancak bunlar, pH değişikliği potansiyeli ve sonraki yeniden kullanımdan önce kapsamlı temizlik gerekliliği gibi ek dezavantajlara da yol açar.

Polistren Ambalaj Fıstığı

Polistiren ambalaj fıstıkları ekonomik, erişilebilir ve drenajı yüksek bir alt tabakadır. Bununla birlikte, aşırı hafiflikleri belirli uygulamaları sınırlayabilir ve öncelikle kullanımlarını kapalı tüp sistemleriyle sınırlandırabilir. Biyolojik olarak parçalanamayan polistiren fıstıkların kullanılması zorunludur çünkü biyolojik olarak parçalanabilen alternatifler çamurlu bir kalıntıya dönüşecektir. Bitkilerin stireni emip ardından tüketicilere aktarma olasılığı, potansiyel bir sağlık sorununa yol açmaktadır.

Besin Çözümleri

İnorganik Topraksız Çözümler

Hidroponik çözümlerin geliştirilmesi, bitki besleme ilkelerinin pratik bir uygulamasını oluşturur; buradaki besin eksikliği semptomları, geleneksel toprak bazlı tarımda gözlemlenenlerle paraleldir. Bununla birlikte, hidrofonik çözeltilerin temel kimyasal özellikleri toprak kimyasından önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Temel ayrımlar şunları kapsar:

• Toprağın aksine, hidroponik besin çözeltileri, tipik olarak kil parçacıkları veya organik madde tarafından sağlanan katyon değişim kapasitesinden (CEC) yoksundur. CEC'nin ve toprak gözeneklerinin bulunmaması, pH, oksijen doygunluğu ve besin konsantrasyonları gibi parametrelerin, toprak ortamlarına kıyasla hidrofonik sistemlerde önemli ölçüde daha hızlı dalgalanabileceği anlamına gelir.
• Bitkilerin seçici besin emilimi sıklıkla çözelti içindeki karşı iyon dengesini bozar. Bu dengesizlik, çözeltinin pH'ını hızla değiştirebilir ve bitkilerin karşılaştırılabilir iyon yüklerine sahip besinleri özümseme kapasitesini tehlikeye atabilir. Örneğin bitkiler protein sentezi için sıklıkla nitrat anyonlarını hızla tüketirler ve bu da çözeltide fazla miktarda katyon oluşmasına neden olur. Böyle bir katyon dengesizliği, diğer katyon bazlı besin maddeleri (ör. Mg²⁺) için, bu besinler optimal konsantrasyonlarda mevcut olsa bile eksiklik semptomlarına neden olabilir.
• PH seviyesi veya sudaki kirletici maddelerin varlığı, demir gibi temel besin maddelerinin çözeltiden çökelmesine ve bunların bitkiler için erişilemez hale gelmesine neden olabilir. Sonuç olarak, düzenli pH ayarlamaları, çözelti tamponlaması veya şelatlama maddelerinin uygulanması sıklıkla gerekli olur.
• Toprak türlerinin son derece değişken bileşiminin aksine, hidrofonik çözümler genellikle standartlaştırılmıştır ve başarılı bitki yetiştiriciliği için tutarlı bakım gerektirir. Kontrollü laboratuvar ortamlarında hidroponik çözeltiler, nötre yakın bir seviyeye (pH 6,0) kadar periyodik pH ayarlamalarına tabi tutulur ve oksijenle havalandırılır. Ayrıca, terleme kayıplarını telafi etmek için su seviyelerinin yenilenmesi gerekir ve bitkiler büyüyüp besin rezervlerini tükettikçe ortaya çıkan dengesizlikleri düzeltmek için besin çözeltilerinin yeniden zenginleştirilmesi gerekir. Nadiren nitrat iyonlarının rutin ölçümü, diğer temel besin iyonlarının kalan oranlarını ve konsantrasyonlarını tahmin etmek için kritik bir gösterge görevi görür ve dengeli bir çözeltinin restorasyonunu kolaylaştırır.
• Standartlaştırılmış, dengeli besin çözümlerinin öne çıkan örnekleri arasında Hoagland çözümü, Long Ashton besin çözeltisi ve Knop çözümü yer alır.
• Şu anda hibrit besin çözümleri, Hoagland, Hewitt veya Knop tarafından yukarıda belirtilen orijinal veya değiştirilmiş formülasyonlarla karşılaştırıldığında daha büyük öneme sahiptir.

Geleneksel tarım uygulamalarına benzer şekilde, besin düzeylerinin her bir bitki çeşidi için Liebig'in Minimum Yasasına uyacak şekilde kalibre edilmesi gerekir. Bununla birlikte, besin çözeltileri için genel olarak kabul edilen konsantrasyon aralıkları mevcut olup, minimum ve maksimum eşik değerleri çoğu bitki türü arasında bir miktar benzerlik göstermektedir. Besin solüsyonlarının çoğunluğu 1.000 ila 2.500 ppm arasındaki konsantrasyonlara ulaşmak için formüle edilir. Bu toplam ppm değerine toplu olarak katkıda bulunan bireysel besin iyonları için izin verilen konsantrasyonlar, sonraki tabloda sunulmaktadır. Temel besin maddeleri için, belirtilen aralıkların altındaki konsantrasyonlar sıklıkla besin eksikliğine yol açarken, bunların aşılması besin toksisitesine neden olabilir. Çeşitli bitki türleri için en uygun besin konsantrasyonları, pratik deneyim veya bitki dokusu analizleri yoluyla ampirik olarak belirlenir.

Organik Topraksız Çözümler

Organik gübreler, geleneksel hidrofonik sistemlerde tipik olarak kullanılan inorganik bileşikleri tamamlama veya tamamen ikame etme potansiyeli sunar. Bununla birlikte, organik gübrelerin entegrasyonu aşağıdakiler gibi çeşitli karmaşık zorlukları da beraberinde getirir:

• Organik gübreler, çeşitli mineral, organik ve inorganik türleri kapsayan beslenme profillerinde önemli farklılıklar gösterir. Görünüşte benzer malzemeler bile kökenlerine bağlı olarak önemli bileşimsel farklılıklar gösterebilir (örneğin, gübre kalitesi hayvanın diyetine göre dalgalanır).
• Genellikle hayvansal yan ürünlerden elde edilen organik gübreler, insan tüketimi için veya hayvan yemi olarak yetiştirilen bitkilerde hastalık bulaşması açısından önemli bir risk oluşturur.
• Organik gübreler genellikle parçacıklıdır, çevresel kirletici maddeler içerebilir ve substratları veya diğer yetiştirme aparatlarını tıkayabilir. Sonuç olarak, organik malzemelerin ince tozlara elenmesi veya öğütülmesi sıklıkla gerekli olur.
• Karmaşık organik malzemelerin biyokimyasal bozunma ve dönüşüm süreçleri, mineral bileşenlerini bitkiler için biyolojik olarak kullanılabilir hale getirebilir.
• Belirli organik malzemeler, özellikle gübre ve sakatat, daha fazla bozunmaya uğrayabilir ve bu da anaerobik koşullar altında kötü kokuların yayılmasına veya nanopartiküllerin salınmasına yol açabilir.
• Şekerler gibi çok sayıda organik molekül, bitki köklerinde hücresel solunum için kritik bir süreç olan aerobik bozunma sırasında ilave oksijen gerektirir.
• Şekerler ve vitaminler dahil organik bileşikler tipik bitki beslenmesi için gerekli değildir.

Bu zorluklara rağmen, uygun önlemlerin alınması koşuluyla organik gübreler hidroponik sistemlerde başarıyla kullanılabilir.

Organik Kaynaklı Makro Besinler

Uygun malzemelerin örnekleri, kurutulmuş kütlenin yüzdesi olarak ifade edilen ortalama besin bileşimlerinin yanı sıra sonraki tabloda sunulmaktadır.

Organik Kaynaklardan Elde Edilen Mikro Besinler

Organik gübreler aynı zamanda mikro besin kaynağı olarak da hizmet edebilir. Örneğin manganez açısından zengin kompostlanmış çam kabuğu, bu mineral talebini karşılamak için zaman zaman geleneksel hidrofonik çözümlere dahil ediliyor. Ayrıca, Ulusal Organik Program standartlarına uymak amacıyla, bitkinin beslenme gereksinimlerini karşılamak amacıyla alçıtaşı, kalsit ve glokonit gibi toz haline getirilmiş, rafine edilmemiş mineraller eklenebilir.

Beslenme Katkı Maddeleri

Bitkilerin besin alımını ve emilimini arttırmak için hem organik hem de geleneksel hidrofonik sistemlere çeşitli bileşikler dahil edilebilir. Araştırmalar, şelatlayıcı ajanların ve hümik asidin besin alımını artırabildiğini göstermektedir. Ayrıca, tarla ve sera tarımında yaygın olarak kullanılan bitki büyümesini teşvik eden rizobakterilerin (PGPR), hidrofonik bitki gelişimi ve besin kazanımı üzerinde faydalı etkileri olduğu gösterilmiştir. Bazı PGPR'ler nitrojen fiksasyonunu artırma kapasiteleriyle tanınmaktadır. Nitrojen, iyi yönetilen gübre protokollerine sahip hidrofonik sistemlerde genellikle bol miktarda bulunmasına rağmen, Azospirillum ve Azotobacter gibi türler, rizosferde yüksek mikrobiyal aktivite ile karakterize edilen sistemlerde mobilize edilmiş nitrojen formlarının korunmasına katkıda bulunabilir. Geleneksel gübreleme uygulamaları sıklıkla hasat sırasında bitki dokularında önemli miktarda nitrat birikmesine neden olur. Çalışmalar, Rhodopseudo-monas palustris'in'in standart hidroponik gübreleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında yeşil yapraklı sebzelerde nitrojen kullanım verimliliğini artırabildiğini, verimi artırabildiğini ve hasat sırasında nitrat konsantrasyonunu %88 oranında azaltabildiğini göstermiştir. Bacillus, Pseudomonas ve Streptomyces cinslerinden çok sayıda tür, toprak pH'ını düşürmek, daha geniş bir pH spektrumunda erişilebilen şelatlı fosforu serbest bırakmak ve organik fosforu mineralleştirmek gibi mekanizmalar yoluyla, mevcut olmayan toprak fosforunun çözünür anyonlara dönüştürülmesini kolaylaştırır.

Araştırmalar, Bacillus aşılayıcılarının hidroponik yapraklara olanak sağladığını ortaya çıkardı Aksi takdirde büyümeyi engelleyecek olan yüksek tuz stresinin olumsuz etkilerini azaltmak için marul. Bu bulgu, su kaynaklarının yüksek elektrik iletkenliği veya tuzluluk gösterdiği bölgeler için özellikle önem taşıyor. Böyle bir yaklaşım, güçlü mahsul verimini sürdürürken pahalı ters ozmoz filtreleme sistemlerine olan ihtiyacı potansiyel olarak ortadan kaldırabilir.

Temel Ekipman

Standart Enstrümantasyon

Besin konsantrasyonlarının, oksijen doygunluğunun ve pH seviyelerinin optimum aralıklarda etkili yönetimi, başarılı hidroponik yetiştirme için kritik öneme sahiptir. Hidroponik çözümlerin izlenmesi için kullanılan standart araçlar şunları kapsar:

• Bir çözeltinin elektrik akımını iletme kapasitesini değerlendirerek besin konsantrasyonlarını (ppm) tahmin eden elektrik iletkenlik ölçüm cihazları.
• pH metreler, bir çözelti içindeki hidrojen iyonu konsantrasyonunu belirlemek için elektrik akımından yararlanan cihazlar.
• Oksijen elektrotları, bir çözeltideki çözünmüş oksijen konsantrasyonunu ölçmek için tasarlanmış elektrokimyasal sensörler.
• Turnusol kağıdı, renk değiştiren bir kimyasal reaksiyon yoluyla hidrojen iyonu konsantrasyonlarını belirleyen tek kullanımlık pH gösterge şeritleri.
• Önceden karıştırılmış, ticari hidrofonik solüsyonların doğru şekilde dağıtılması için kullanılan kademeli silindirler veya ölçü kaşıkları.

Özel Analitik Ekipman

Besin çözeltilerinin hassas kimyasal analizlerini gerçekleştirmek için kimyasal laboratuvar ekipmanları da kullanılabilir. Açıklayıcı örnekler şunları içerir:

• Malzemelerin hassas ölçümü için analitik teraziler.
• Titrasyonların yürütülmesi için büretler ve pipetler dahil laboratuvar cam malzemeleri.
• Beer-Lambert yasasına dayalı çözüm testleri için kullanılan kolorimetreler.
• Nitrat gibi kritik parametrelerin ve fosfat, sülfat veya demir gibi diğer besin maddelerinin konsantrasyonlarını ölçmek için kullanılan spektrofotometreler.
• Yetiştirme ve Depolama Kapları

Hidroponik çözeltilerin analizi için kimyasal ekipmanın uygulanması, öncelikle besin çözeltilerinin sıklıkla yeniden kullanılabilmesi nedeniyle yetiştiricilere tüm deneyim seviyelerinde avantajlar sunar. Besin solüsyonlarının nadiren tamamen tükendiği ve kabul edilemeyecek kadar düşük ozmotik basıncı önlemek için tükenmemesi gerektiği göz önüne alındığında, mevcut solüsyonların taze besinlerle yeniden zenginleştirilmesi, yetiştiriciler için maliyet tasarrufu sağlayabilir ve yakındaki göllerin ve akarsuların ötrofikasyonuna yaygın bir şekilde katkıda bulunan nokta kaynaklı kirliliğin azaltılmasına yardımcı olabilir.

Yazılım Uygulamaları

Hidroponik hobisi olanlar ve küçük ölçekli ticari yetiştiriciler genellikle ticari tedarikçilerden önceden karıştırılmış konsantre besin solüsyonları alırken, kapsamlı kimyasal uzmanlığa ihtiyaç duymadan özel solüsyonların hazırlanmasını kolaylaştırmak için çeşitli kaynaklar mevcuttur. Özellikle profesyonel kimyagerler tarafından geliştirilen HydroBuddy ve HydroCal, hidroponik yetiştiricilerin kendi besin karışımlarını formüle etmelerine yardımcı olmak için tasarlanmış ücretsiz ve açık kaynaklı araçlardır. HydroBuddy Windows, Mac ve Linux işletim sistemleriyle uyumludur; HydroCal ise basit bir JavaScript arayüzü aracılığıyla çalışır. HydroBuddy, özel maddelerin kullanımı ve depolanması, formülasyon tasarrufu ve elektriksel iletkenlik tahmini dahil olmak üzere gelişmiş yetenekler sunmasına rağmen, her iki uygulama da temel besin solüsyonunun hazırlanmasına olanak sağlar.

Karıştırma Çözümleri

Hobi meraklıları ve küçük ölçekli ticari yetiştiriciler için, uygun fiyatlı ticari alternatiflerin varlığı göz önüne alındığında, bireysel tuzlardan hidrofonik solüsyonlar hazırlamak genellikle pratik değildir. Bununla birlikte, ticari ürünler kullanılırken bile çok bileşenli gübreler yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu ürünler genellikle her biri belirli beslenme gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlanmış üç parçalı formülasyonlar halinde satın alınır. Örneğin, bitkisel büyüme (yüksek nitrojen içeriğiyle karakterize edilir), çiçeklenme (potasyum ve fosfor açısından zengin) ve mikro besin sağlanması (iz mineralleri içeren) için özel çözümler yaygındır. Bu çok parçalı gübrelerin kesin zamanlaması ve uygulanması bitkinin mevcut gelişim aşamasına uygun olmalıdır. Örneğin, yıllık bir bitkinin yaşam döngüsünün sonuna doğru, yüksek nitrojenli gübrelerin sınırlandırılması tavsiye edilir; çünkü nitrojen kısıtlaması tipik olarak bitkisel büyümeyi engeller ve çoğu bitki türünde çiçeklenmenin tetiklenmesini teşvik eder.

Ek İyileştirmeler

Büyüme odaları

Hidroponik sistemler, haşere sorunlarının en aza indirilmesi ve köklere sürekli besin sağlanması nedeniyle doğal olarak yüksek üretkenlik sunarken, yetiştiriciler, gelişmiş yetiştirme odaları içindeki çevresel manipülasyon yoluyla daha fazla verim artışı elde edebilir.

CO₂ Zenginleştirme

Ürün verimini daha da artırmak için, bazı kapalı sera işletmeleri kontrollü ortamlarına CO₂ enjeksiyonu uygulayarak bitki büyümesini ve doğurganlığını artırır.

Ekilen Mahsuller

Hidroponik tarım için mahsul seçimi, pazar talebi, çevresel uyumluluk, büyüme döngüsü süresi, kök morfolojisi ve topraksız sistemleri destekleyen doğal bitki özellikleri gibi çeşitli faktörlere göre belirlenir. Marul, ıspanak ve lahana gibi yapraklı yeşillikler, genellikle 30-50 günde olgunlaşan hızlı büyüme döngüleri, yüksek pazar değerleri ve minimum alan gereksinimleri nedeniyle sıklıkla yetiştirilmektedir.

Ayrıca domates, biber ve salatalık gibi sebze mahsulleri, hidrofonik yöntemler kullanılarak kapsamlı bir şekilde yetiştirilmektedir. Başarılı üretimleri büyük ölçüde, her bir mahsul için sıcaklığı, nemi ve ışığa maruz kalmayı titizlikle düzenleyebilen hidroponik sistemlerin sunduğu hassas çevresel kontrole atfedilebilir. Bu düzeyde bir kontrol, mahsul veriminin optimize edilmesinde ve aynı zamanda kültür bitkilerinin kalitesinin ve besin bütünlüğünün korunmasında etkilidir.

Fesleğen, nane, kişniş, biberiye ve maydanoz gibi şifalı bitkiler, güçlü tüketici talebi ve doğal karlılık nedeniyle sıklıkla hidroponik olarak yetiştiriliyor. Bu bitkilerin çoğunluğu hızlı bir büyüme sergiliyor; fesleğen, nane ve kişniş gibi türler için tipik hasat döngüleri 25 ila 40 gün arasında değişiyor. Biberiye gibi çok yıllık bitkiler için tek bir bitkiden birden fazla hasat elde edilebilir, böylece yeni fidelere olan ihtiyaç ortadan kalkar ve her bir örneğin üretkenlik ömrü önemli ölçüde uzatılır.

Kentsel Hidroponik

Kentsel hidrofonik, metropol ortamlarında apartmanları, çatıları ve çeşitli kapalı mekanları kapsayan topraksız tarım sistemlerinin uygulanmasını ifade eder. Bu sistemlerin geliştirilmesi kentsel gıdaya erişilebilirlik ile ilgili sorunlar tarafından motive edilmiştir. Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı'ndan alınan veriler, Amerika Birleşik Devletleri'nde 19 milyondan fazla kişinin süpermarketlere veya büyük marketlere erişimin kısıtlı olduğu ve genellikle "gıda çölleri" olarak adlandırılan düşük gelirli bölgelerde yaşadığını gösteriyor. Bu tür ortamlarda hidroponik sistemler, marul, ıspanak ve yemeklik otlar da dahil olmak üzere iç mekan sebzelerinin yetiştirilmesi için uygun bir yöntem sunar.

Kentsel hidroponik sistemler genellikle kapalı alanlarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Ticari teklifler arasında dikey kuleler, tezgah kitleri ve pencereye monte konfigürasyonlar yer alıyor; bunların çoğu, bitki köklerine doğrudan besin sağlamak için yapay aydınlatma ve su sirkülasyon mekanizmalarını entegre ediyor. Bu tür tasarımlar, doğal güneş ışığının az olduğu ve toprağa erişimin mümkün olmadığı ortamlarda bitki büyümesini kolaylaştırmak için özel olarak geliştirildi.

Belirli hidrofonik sistemler, bireysel tüketiciler ve ev içi uygulamalar için özel olarak tasarlanmakta ve pazarlanmaktadır. Daha büyük kurulumlar için önemli miktarda sermaye yatırımı gerekli olsa da, kişisel kullanım için daha kompakt modellere ulaşılabilir. Mevcut veriler, bu sistemlerin yıl boyunca mahsul üretimi kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir; ancak hem verim hem de ekonomik verimlilik, spesifik konfigürasyona ve operatörün yeterliliğine bağlıdır.

Araştırmalar ayrıca hidroponik sistemlerin kaynak verimliliğine de odaklandı. Kentsel ortamlarda, yerel ürünlerin hidroponik yoluyla yetiştirilmesi, tarımsal ürünlerin kapsamlı nakliyesi ihtiyacını hafifletme potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, kapsamlı çevresel ayak izi, aydınlatma için enerji tüketimi ve iklim düzenlemesi gibi çeşitli belirleyicilere bağlı olmaya devam ediyor.

Küresel kentleşmenin devam etmesiyle birlikte, hidroponik, kentsel gıda sistemleri ve yerelleştirilmiş tarım uygulamalarıyla ilgili tartışmalarda geçerli bir konu haline geldi. Birleşmiş Milletler'in tahminleri, 2050 yılına kadar dünya nüfusunun yaklaşık yüzde 70'inin şehir merkezlerinde yaşayacağını gösteriyor. Bu demografik değişim, hidroponik de dahil olmak üzere alternatif gıda üretim yöntemlerine olan ilgiyi önemli ölçüde artırıyor.

Aeroponik

• Aeroponik
• Antroponik
• Akuaponik
• Digeponik
• Sis poniği
• Folkewall
• Büyütme kutusu
• Büyüme odası
• Besleyici film tekniği
• Organoponik
• Pasif hidroponik
• Fabrika fabrikası
• Bitki besleme
• Bitki patolojisi
• Kök çürüğü
• Dikey çiftçilik
• Xeriscaping

Referanslar

Kaynaklar

• Douglas, James Sholto (1975). Hidroponik: Bengal Sistemi: Diğer Topraksız Yetiştirme Yöntemleri Üzerine Notlarla. Oxford Üniversitesi Yayınları. ISBN 978-0-19-560530-3.Douglas, James Sholto (1985). İleri Hidroponik Kılavuzu. Pelham. ISBN 978-0-7207-1571-2. OCLC 1341823405.Jones Jr., J. Benton (2016). Hidroponik. doi:10.1201/9780849331671. ISBN 978-1-4200-3770-8.
  • Vikisözlük'te hidroponik kelimesinin sözlük tanımı
  • Wikimedia Commons'ta Hidroponik ile ilgili medya